專利名稱：非接觸式路面粗糙度測(cè)量裝置以及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通過非接觸方式來測(cè)量路面粗糙度的非接觸式路 面粗糙度測(cè)量裝置以及方法，特別是涉及一種通過將向路面照射激光束 獲得的數(shù)據(jù)以相位值來表示而能夠定量化地表示路面粗糙度，并且通過 以非接觸式進(jìn)行測(cè)量而能夠非常迅速地測(cè)量路面的非接觸式路面粗糙 度測(cè)量裝置以及方法。
背景技術(shù)：
自上世紀(jì)六十年代至今以來，為了調(diào)查分析道路的性能和實(shí)際狀 況， 一直在開發(fā)路面粗糙度測(cè)量技術(shù)，而且自上世紀(jì)九十年代以后，將 道路形狀直接應(yīng)用于車輛行駛解析中的開發(fā)正在一步一步地發(fā)展。
這樣的路面粗糙度測(cè)量技術(shù)，通過掌握針對(duì)高速道路和國(guó)道的鋪設(shè) 狀態(tài)的分析和路面對(duì)車輛的影響關(guān)系來進(jìn)行鋪設(shè)和維護(hù)，進(jìn)而利用道路
的路面縱斷面(profile)在與實(shí)車狀態(tài)相同運(yùn)行條件下進(jìn)行行駛解析， 這對(duì)于車輛的行駛性能、操縱性能、安全性和零件耐久性的評(píng)價(jià)也起到 非常重要的作用。
基于如上述的技術(shù)制作的以往的路面粗糙度測(cè)量裝置中，需要采用 高價(jià)的精密測(cè)量裝置，實(shí)際上在路面使用粘土進(jìn)行拓本并測(cè)量路面粗糙 度，由于其不是利用實(shí)際路面而是利用拓本進(jìn)行的測(cè)量，因此存在需要 較多時(shí)間且含有各種誤差，而成為并不正確的測(cè)量等的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決如上述的問題而提出的，其目的在于，提供一種通過 將向路面照射激光束而獲得的數(shù)據(jù)以相位值來表示而能夠定量化地表示 路面粗糙度定量化，并且通過以非接觸式進(jìn)行測(cè)量而能夠非常迅速地測(cè)量 路面的非接觸式路面M度測(cè)量裝置以及方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明涉及的非接觸式路面粗糙度測(cè)量裝置， 包括用于放射10nW功率的激光束的氦氖激光器；接受從上述氦氖激光器放射的激光束的傳遞并將其分散的物鏡；將被上述物鏡分散的激光束借 助空間濾波器進(jìn)行濾波的針孔；將被上述針孔進(jìn)行濾波后的激光束聚集而 形成間隔一定距離的平行激光束，并朝向所要測(cè)量的路面放射的光軸透 鏡;將從上述光軸透鏡放射并被路面反射后的激光束分為兩束垂直/平行 方向的光線分散器；細(xì)微調(diào)整穿過了上述光線分散器的垂直方向光束的 路徑的壓電變換器；將由上述壓電變換器得到的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù) 據(jù)的A/D變換器；反射被上述光線分散器分為水平方向的激光束的反射 鏡；拍攝被上述反射鏡反射為水平方向的激光束的CCD照相機(jī)；將由 上述CCD照相機(jī)得到的模擬圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的幀接收器 (frame grabber);以及接受由上述A/D轉(zhuǎn)換器和幀接收器轉(zhuǎn)換的數(shù)字 數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)送，并存儲(chǔ)、處理數(shù)據(jù)及進(jìn)行整體控制的控制計(jì)算機(jī)。
另外，為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明涉及的非接觸式路面粗糙度測(cè) 量方法，進(jìn)行如下步驟，向表面平滑的路面照射氦氖激光器的激光束，利 用CCD照相機(jī)拍攝4張干涉條紋，并將其結(jié)果值存儲(chǔ)在控制計(jì)算機(jī)中的 第一步驟；在上述第一步驟之后，在表面粗糙的路面上撒上白色粉末后， 照射上述氦氖激光器的激光束，利用CCD照相機(jī)拍攝4張干涉條紋，并 將其結(jié)果值存儲(chǔ)在控制計(jì)算機(jī)中的第二步驟；以及在第一、二步驟之后， 通it^目位計(jì)算上述控制計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的結(jié)果值，并以相位值計(jì)算出路面粗 糙度的第三步驟。


圖1是表示本發(fā)明涉及的非接觸式路面粗糙度測(cè)量裝置的構(gòu)成圖。 圖2是表示本發(fā)明涉及的非接觸式路面粗糙度測(cè)量方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
基于附圖進(jìn)一步詳細(xì)說明如上所述的本發(fā)明，具體內(nèi)容如下。
下面，在說明本發(fā)明的過程中，當(dāng)判斷為針對(duì)關(guān)聯(lián)的公知功能或構(gòu) 成的具體說明可能會(huì)使本發(fā)明的主旨不清楚的情況下，省略其詳細(xì)說 明。另外，下述的用語是考慮其在本發(fā)明中的功能而定義的，其因用戶、 使用人員的意圖或者慣例等的不同而不同，因此各用語的意思必須基于 本發(fā)明說明書的整體內(nèi)容來進(jìn)行解釋。圖1是表示本發(fā)明涉及的非接觸式路面粗糙度測(cè)量裝置的構(gòu)成圖。 為了實(shí)現(xiàn)如上述的目的，如圖l所示，本發(fā)明涉及的非接觸式路面
粗糙度測(cè)量裝置，包括用于放射10nW功率的激光束的氦氖激光器l; 接受從上述氦氖激光器1放射的激光束的傳遞并將其分散的物鏡2;將 被上述物鏡2分散的激光束借助空間濾波器進(jìn)行濾波的針孔3;將被上 述針孔3濾波后的激光束聚集而形成間隔一定距離的平行激光束，并朝 向所要測(cè)量的路面12放射的光軸透鏡4;將從上述光軸透鏡4放射并被 路面12反射的激光束分為兩束垂直/平行方向的光線分散器5;細(xì)微調(diào) 整穿過上述光線分散器5的垂直方向光束的路徑的壓電變換器6;將利 用上述壓電變換器6得到的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的A/D變換器7; 反射由上述光線分散器5分為水平方向的激光束的反射鏡8;對(duì)由上述 反射鏡8反射為水平方向的激光束進(jìn)行拍攝的CCD照相機(jī)9;將由上 述CCD照相機(jī)9得到的模擬圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的幀接收器10; 以及接受由上述A/D轉(zhuǎn)換器7和幀接收器10轉(zhuǎn)換的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的轉(zhuǎn)送并 且存儲(chǔ)、處理數(shù)據(jù)及進(jìn)行整體控制的控制計(jì)算機(jī)ll。
首先，當(dāng)從氦氖激光器l放射10nW功率的激光束時(shí)，激光束借助 物鏡2向前方分散。
這樣分散的激光束借助針孔的空間濾波器(未圖示)被濾波，并傳 遞到光軸透鏡4，且傳遞到光軸透鏡4的激光束被轉(zhuǎn)換為隔著一定距離 的平行的激光束，并照射到所要測(cè)量的路面12上。
照射到路面12上的激光束與路面12接觸后進(jìn)行反射，并傳遞到光 線分散器5而分為兩束垂直/水平方向，被上述光線分散器5分為兩束 的垂直/水平方向的光束中的垂直方向的光束被傳遞到壓電變換器6，而 細(xì)微調(diào)整其路徑以獲得數(shù)據(jù)。
由上述壓電變換器6得到的模擬數(shù)據(jù)，通過A/D變換器7轉(zhuǎn)換為數(shù) 字?jǐn)?shù)據(jù)，并且存儲(chǔ)在控制計(jì)算機(jī)ll中。
另外，當(dāng)在被上述光線分散器5分為兩束的垂直/水平方向的光束中 的水平方向的光束被反射鏡8反射之后傳遞到CCD照相機(jī)9時(shí)，上述 CCD照相機(jī)9對(duì)激光束進(jìn)行拍攝而獲得模擬圖像數(shù)據(jù)。
這樣獲得的模擬圖像數(shù)據(jù)被幀接收器10轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在控制計(jì)算機(jī)11中。
圖2是表示本發(fā)明涉及的非接觸式路面粗糙度測(cè)量方法的流程圖。
如圖2所示，本發(fā)明涉及的非接觸式路面粗糙度測(cè)量方法中，進(jìn)行 下述的步驟，即向表面平滑的路面照射氦氖激光器l的激光束，利用 CCD照相機(jī)9拍攝4張干涉條紋，并將其結(jié)果值存儲(chǔ)在控制計(jì)算機(jī)11 中的第一步驟(ST10);在上述第一步驟之后，在表面粗糙的路面上撒 上白色粉末后，照射上述氦氖激光器1的激光束，利用CCD照相機(jī)9 拍攝4張干涉條紋，并將其結(jié)果值存儲(chǔ)在控制計(jì)算機(jī)11中的第二步驟 (ST20);以及在第一、二步驟之后，通過相位計(jì)算上述控制計(jì)算機(jī)ll 中存儲(chǔ)的結(jié)果值，并以相位值計(jì)算出路面粗糙度的第三步驟(ST30)。
首先，向表面平滑的道路路面上照射氦氖激光器1的激光束(ST11) 后，利用CCD照相機(jī)9拍攝被變換4級(jí)相位的4張干涉條紋(ST12 )。
將這樣被CCD照相機(jī)9攝像了的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在控制計(jì)算機(jī)中(ST13 ), 可以表示為下述的計(jì)算式1。
其中，n=0、 1、 2、 3。
這里，In是在平滑的路面上測(cè)量的干涉條紋；Ir是未被平滑的路面
反射而直接進(jìn)入到CCD照相機(jī)的光的強(qiáng)度；1。是被平滑的路面反射后 進(jìn)入到CCD照相機(jī)的光的強(qiáng)度；8是兀/ 2 ;屯a是(2 x丌x a ) / X; a 是路面厚度；k是氦氖激光器的波長(zhǎng)。
接著，在表面粗糙的道路的路面上撒上白色粉末后，照射氦氖激光 器1的激光束(ST21 )，之后利用CCD照相機(jī)9拍攝被變換4級(jí)相位 的4張干涉條紋(ST22)。
此時(shí)，撒上白色粉末的原因是提高激光束的反射效果。
將這樣由CCD照相機(jī)9拍攝的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在控制計(jì)算機(jī)中(ST23 )，
計(jì)算式l表示為下述的計(jì)算式2。 計(jì)算式2
/、= W/ /r/0sin(O+AO+wS)
其中，n=0、 1、 2、 3。
(2)
這里，①a是(2x兀xa I， n是在粗糙路面上測(cè)量的干涉條紋；
L是未被粗糙的路面反射而直接進(jìn)入到CCD照相機(jī)的光的強(qiáng)度；1。是 被粗糙的路面反射后進(jìn)入到CCD照相機(jī)的光的強(qiáng)度；Acp是相位的變 化量；6是tt/2; l是氦氖激光器的波長(zhǎng)。
若整理通過上述計(jì)算式(1)和計(jì)算式(2)得到的結(jié)果值，則如下 述的計(jì)算式(3)和計(jì)算式(4)所示地以相位來表示，其表示對(duì)應(yīng)于路 面粗糙度的相位值(ST30)。
計(jì)算式3
△ (D = tan(-
計(jì)算式4
<formula>formula see original document page 8</formula>
(4)
這里，k是靈敏度向量；U是位移向量；5Z是剪切寬度。
因而，可以通過上述結(jié)果定量地表示路面粗糙度。
本發(fā)明涉及的非接觸式路面粗糙度測(cè)量裝置及方法，能夠?qū)⒂上蚵?面照射激光束而獲得的數(shù)據(jù)以相位值來表示并定量化地表示路面粗糙 度，并且通過以非接觸式進(jìn)行測(cè)量而能夠非常迅速地測(cè)量路面。
權(quán)利要求
1. 一種非接觸式路面粗糙度測(cè)量裝置，其特征在于，包括用于放射10nW功率的激光束的氦氖激光器；接受從上述氦氖激光器放射的激光束的傳遞并將其分散的物鏡；將被上述物鏡分散的激光束借助空間濾波器進(jìn)行濾波的針孔；將被上述針孔進(jìn)行濾波后的激光束聚集而形成間隔一定距離的平行激光束，并朝向所要測(cè)量的路面放射的光軸透鏡；將從上述光軸透鏡放射并被路面反射后的激光束分為兩束垂直/平行方向的光線分散器；細(xì)微調(diào)整穿過了上述光線分散器的垂直方向光束的路徑的壓電變換器；將由上述壓電變換器得到的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的A/D變換器；反射被上述光線分散器分為水平方向的激光束的反射鏡；拍攝被上述反射鏡反射為水平方向的激光束的CCD照相機(jī)；將由上述CCD照相機(jī)得到的模擬圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的幀接收器；以及接受由上述A/D轉(zhuǎn)換器和幀接收器轉(zhuǎn)換的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的轉(zhuǎn)送，并存儲(chǔ)、處理數(shù)據(jù)及進(jìn)行整體控制的控制計(jì)算機(jī)。
2. —種非接觸式路面粗糙度測(cè)量方法，其特征在于，進(jìn)行如下步驟， 向表面平滑的路面照射氦氖激光器的激光束，利用CCD照相機(jī)拍攝4張干涉條紋，并將其結(jié)果值存儲(chǔ)在控制計(jì)算機(jī)中的第一步驟 (ST10);在上述第一步驟之后，在表面粗糙的路面上撒上白色粉末后，照射 上述氦氖激光器的激光束，利用CCD照相機(jī)拍攝4張干涉條紋，并將 其結(jié)果值存儲(chǔ)在控制計(jì)算機(jī)中的第二步驟(ST20);以及在第一、二步驟之后，通過相位計(jì)算上述控制計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的結(jié)果 值，并以相位值計(jì)算出路面粗糙度的第三步驟(ST30)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的非接觸式路面粗糙度測(cè)量方法，其特征在 于，在上述第一步驟中，利用下述計(jì)算式l表示被存儲(chǔ)在控制計(jì)算機(jī)中 的結(jié)果值，計(jì)算式l其中，n=0、 1、 2、 3，這里，In是在平滑的路面上測(cè)量的干涉條紋；Ir是未被平滑的路面反射而直接進(jìn)入到CCD照相機(jī)的光的強(qiáng)度；1。是被平滑的路面反射后 進(jìn)入到CCD照相機(jī)的光的強(qiáng)度；S是tt/2; 0>3是(2 x兀x a ) A; a 是路面厚度；X是氦氖激光器的波長(zhǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非接觸式路面粗糙度測(cè)量方法，其特征在 于，在上述第二步驟中，利用下述計(jì)算式2表示被存儲(chǔ)在控制計(jì)算機(jī)中 的結(jié)果值，計(jì)算式2(2)其中，n=0、 1、 2、 3，這里，①a是(2x丌xa )/X; I， n是在粗糙路面上測(cè)量的干涉條紋；Ir是未被粗糙的路面反射而直接進(jìn)入到CCD照相機(jī)的光的強(qiáng)度；1。是 被粗糙的路面反射后進(jìn)入到CCD照相機(jī)的光的強(qiáng)度；Acp是相位的變 化量；S是7t/2; k是氦氖激光器的波長(zhǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非接觸式路面粗糙度測(cè)量方法，其特征在 于，在上述第三步驟中，通過相位計(jì)算被存儲(chǔ)在控制計(jì)算機(jī)中的結(jié)果值， 是由上述計(jì)算式1和上述計(jì)算式2推導(dǎo)出計(jì)算式3和計(jì)算式4而得到的，計(jì)算式3(3)/ 4- / 2 了2A①=tan(-)-tan(-)尸廣/'3 /廣A計(jì)算式4(4)這里，k是靈敏度向量；U是位移向量；SZ是剪切寬度。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于以非接觸方式測(cè)量路面粗糙度的非接觸式路面粗糙度測(cè)量裝置以及方法，特別是涉及一種通過將向路面照射激光束而獲得的數(shù)據(jù)以相位值來表示而定量化地表示路面粗糙度，并且通過以非接觸式進(jìn)行測(cè)量而能夠非常迅速地測(cè)量路面的非接觸式路面粗糙度測(cè)量裝置以及方法。
文檔編號(hào)G01B11/30GK101441068SQ20081017451
公開日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月19日
發(fā)明者樸志焄, 李元赫 申請(qǐng)人:韓國(guó)輪胎株式會(huì)社